Che cos'è un gemello digitale?

L'oggetto studiato, ad esempio una turbina eolica, è dotato di vari sensori relativi ad aree vitali della funzionalità. Questi sensori producono dati su diversi aspetti delle prestazioni dell'oggetto fisico, come la produzione di energia, la temperatura, le condizioni meteorologiche e altro ancora. Il sistema di elaborazione riceve queste informazioni e le applica attivamente alla copia digitale.

Dopo aver ricevuto i dati pertinenti, il modello digitale può essere utilizzato per condurre varie simulazioni, analizzare i problemi di prestazioni e creare potenziali miglioramenti. L'obiettivo finale è quello di ottenere conoscenze preziose che possono essere utilizzate per migliorare l'entità fisica originale.

Sebbene le simulazioni e i gemelli digitali utilizzino entrambi modelli digitali per replicare i vari processi di un sistema, un gemello digitale è in realtà un ambiente virtuale, il che lo rende notevolmente più ricco per lo studio. La differenza tra un gemello digitale e una simulazione è in gran parte una questione di scala: mentre una simulazione studia tipicamente un processo particolare, un gemello digitale può eseguire un numero qualsiasi di simulazioni utili per studiare più processi.

Le differenze non finiscono qui. Ad esempio, le simulazioni di solito non traggono vantaggio dalla disponibilità di dati in tempo reale. Ma i gemelli digitali sono progettati attorno a un flusso di informazioni bidirezionale che si verifica quando i sensori degli oggetti forniscono dati rilevanti al processore di sistema e poi si ripete quando le informazioni create dal processore vengono condivise con l'oggetto sorgente originale.

Avendo dati migliori e costantemente aggiornati relativi a un'ampia gamma di aree, combinati con la potenza di calcolo aggiuntiva che accompagna un ambiente virtuale, i gemelli digitali possono studiare più problemi da punti di vista molto più vantaggiosi rispetto alle simulazioni standard, con un maggiore potenziale finale per migliorare prodotti e processi.

Esistono vari tipi di gemelli digitali a seconda del livello di ingrandimento del prodotto. La differenza maggiore tra questi gemelli è l'area di applicazione. È comune che diversi tipi di gemelli digitali coesistano all'interno di un sistema o di un processo. Esaminiamo i vari tipi di digital twin per scoprire le differenze e come vengono applicate.

L'idea della tecnologia dei gemelli digitali è stata espressa per la prima volta nel 1991, con la pubblicazione di Mirror Worlds, di David Gelernter. Tuttavia, al dottor Michael Grieves (allora docente all'Università del Michigan) viene attribuito il merito di avere applicato per la prima volta alla produzione il concetto di gemelli digitali (nel 2002) e di avere annunciato formalmente il concetto di software per gemelli digitali. Infine, nel 2010, John Vickers della NASA ha introdotto il nuovo termine “gemello digitale”.

Tuttavia, l'idea di base di utilizzare un gemello digitale come mezzo per studiare un oggetto fisico può essere testimoniata molto prima. In effetti, si può affermare a ragione che la NASA è stata pioniera nell'uso della tecnologia dei gemelli digitali durante le sue missioni di esplorazione spaziale degli anni '60, quando ogni veicolo spaziale in viaggio veniva esattamente replicato in una versione terrestre che veniva utilizzata a scopo di studio e di simulazione dal personale NASA in servizio negli equipaggi di volo.

L'uso dei gemelli digitali rende più efficaci la ricerca e la progettazione dei prodotti, creando un'abbondanza di dati sui possibili risultati a livello di prestazioni. Tali informazioni possono condurre a insight che aiutano le aziende a perfezionare i prodotti prima dell'avvio della produzione.

Anche dopo che un nuovo prodotto è entrato in produzione, i gemelli digitali possono essere utili per il mirroring e il monitoraggio dei sistemi di produzione, con l'obiettivo di raggiungere e mantenere la massima efficienza durante l'intero processo produttivo.

I gemelli digitali possono persino aiutare i produttori a decidere cosa fare con i prodotti che raggiungono la fine del ciclo di vita e che devono essere sottoposti a un processo finale, attraverso il riciclaggio o altre soluzioni. Utilizzando i gemelli digitali, possono determinare quali materiali del prodotto possano essere recuperati.

Sebbene i gemelli digitali siano apprezzati per ciò che offrono, il loro utilizzo non è garantito per ogni produttore o per ogni prodotto creato. Non tutti gli oggetti sono abbastanza complessi da richiedere il flusso intenso e regolare di dati dei sensori che i gemelli digitali richiedono. Né vale la pena, dal punto di vista finanziario, investire risorse significative nella creazione di un gemello digitale. (Si tenga presente che un gemello digitale è una replica esatta di un oggetto fisico, il che potrebbe renderne costosa la creazione).

In alternativa, numerosi tipi di progetti traggono vantaggio dall'uso di modelli digitali.

• Progetti fisicamente grandi: edifici, ponti e altre strutture complesse sono vincolati da regole ingegneristiche rigorose. 
• Progetti meccanicamente complessi: turbine a reazione, automobili e aerei. I gemelli digitali possono aiutare a migliorare l'efficienza all'interno di macchinari complicati e motori di enormi dimensioni.
• Apparecchiature di potenza: includono sia i meccanismi di generazione che quelli di trasmissione dell'energia.
• Progetti produttivi: i gemelli digitali eccellono nel contribuire a ottimizzare l'efficienza dei processi, come avviene negli ambienti industriali con sistemi di macchine co-funzionanti.

Pertanto, le industrie che ottengono i maggiori successi con i gemelli digitali sono quelle che si occupano di prodotti o progetti su larga scala:

• Ingegneria (sistemi)
• Produzione di automobili
• Produzione di aeromobili
• Progettazione di vagoni ferroviari
• Costruzione di edifici
• Produzione industriale
• Servizi di pubblica utilità

La rapida espansione del mercato dei gemelli digitali indica che, sebbene questi siano già in uso in molti settori, la domanda continuerà ad aumentare per un po' di tempo. Nel 2022 è stato previsto che il mercato globale dei gemelli digitali raggiungerà i 73,5 miliardi di dollari entro il 2027.¹

L'uso di gemelli digitali end-to-end consente ai proprietari e agli operatori di ridurre i tempi di inattività delle apparecchiature e di aumentare la produzione. Scopri una soluzione di Service Lifecycle Management creata da IBM e Siemens.

I digital twin sono già ampiamente utilizzati nelle seguenti applicazioni:

È in corso un cambiamento fondamentale dei modelli operativi esistenti. Una reinvenzione digitale si sta verificando in settori ad alta intensità di risorse che stanno cambiando i modelli operativi in modo dirompente, richiedendo una visione fisica e digitale integrata di risorse, apparecchiature, strutture e processi. I gemelli digitali sono una parte vitale di questo riallineamento.

Il futuro dei gemelli digitali è quasi illimitato perché una quantità crescente di potere cognitivo viene costantemente dedicata al loro uso. Pertanto, i gemelli digitali apprendono costantemente nuove competenze e capacità, il che significa che possono continuare a generare le informazioni necessarie per migliorare i prodotti e rendere i processi più efficienti.

In questo articolo sulla trasformazione delle operazioni degli asset con i gemelli digitali, scopri in che modo il cambiamento influisce sul tuo settore.